表面熱電阻知識大全

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  表面熱電阻*概 述

  表面熱電阻是利用物質在溫度變化時自身電阻也隨著發生變化的特性來測量溫度的。其感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量表面溫度。當被測介質中有溫度梯度存在時,所測得溫度是感溫元件所在范圍內介質層中的平均溫度。

  表面熱電阻是中低溫區*常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是*高的,它不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成標準的基準儀。

  表面熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用*多的是鉑和銅,鉑電阻精度高,適用于中性和氧化性介質,穩定性好,具有一定的非線性,溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系,溫度線數大,適用于無腐蝕介質,超過150易被氧化。此外,現在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

  表面熱電阻*工作原理

  與熱電偶的測溫原理不同的是,熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的,即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此,只要測量出感溫熱電阻的阻值變化,就可以測量出溫度。熱電阻的受熱部分 (感溫元件)是用細金屬絲均勻的纏繞在絕緣材料制成的骨架上,當 被測介質中有溫度梯度存在時, 所測得的溫度是感溫元件所在范圍內 介質層中的平均溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

  金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示,即

  Rt=Rt0[1+α(t-t0)]

  式中,Rt為溫度t時的阻值;Rt0為溫度t0(通常t0=0℃)時對應電阻值;α為溫度系數。

  半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為

  Rt=AeB/t

  式中Rt為溫度為t時的阻值;A、B取決于半導體材料的結構的常數。

  相比較而言,熱敏電阻的溫度系數更大,常溫下的電阻值更高(通常在數千歐以上),但互換性較差,非線性嚴重,測溫范圍只有-50~300℃左右,大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內的溫度測量,其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠,在程控制中的應用極其廣泛。

  熱電阻*分 類

  1.熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節器配套使用。它可以直接測量各種生產過程中從 -200℃ 至 + 600℃ 范圍內的液 體、蒸汽和氣體介質及固體表面的溫度,根據使用場合的不同, 可以分為:

  ( 1 )裝配熱電阻:通常由感溫元件、安裝固定裝置和接 線盒等主要部件組成,具有測量精度高,性能穩定可靠等優點。實際 運用中以 Pt100 鉑熱電阻運用*為廣泛。

  ( 2 )鎧裝鉑熱電阻:鎧裝熱電阻是由感溫元件、引線、 絕緣材料、 不銹鋼套管組合而成的堅實體,它的外徑一般為φ2~φ8mm,*小可達 φmm。 與普通型熱電阻相比,它有下列優點: ①體積小,內部無空氣隙,熱慣性上,測量滯后小; ②機械性能好、耐振,抗沖擊; ③能彎曲,便于安裝;④使用壽命長。

  ( 3 )隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內, 生產現場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于 Bla~B3c 級區內具有

  ( 4 )表面熱電阻/端面熱電阻:表面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲纏繞制成,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量表面溫度。

  2. 根據感溫元件分類:目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

  金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示,即 Rt=Rt0[1+α(t-t0)] 式中,Rt 為溫度 t 時的阻值;Rt0 為溫度 t0(通常 t0=0℃)時對應電阻值;α為溫度系數。 半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為 Rt=AeB/t 式中 Rt 為溫度為 t 時的阻值;A、B 取決于半導體材料的結構的常數。 相比較而言,熱敏電阻的溫度系數更大,常溫下的電阻值更高(通常在數千歐以上) ,但互換性較差,非線性嚴重,測溫范圍只有-50~300℃左右,大 量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內的溫度測量,其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠,在程控制中的應 用極其廣泛。 熱電阻材料 熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。

  表面熱電阻*結構形式

  表面熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成,主要用于測量固體表面溫度。

  表面熱電阻*技術指標

  ★ 分度號:Pt100(R0=100Ω)

  ★ 精度等級: B級

  ★ 熱響應時間:τ0.5<15s

  ★ 絕緣電阻: 外殼和探頭之間的絕緣電阻不小于100MΩ(100V直流)。

  ★ 測溫范圍: -79~200℃

  表面熱電阻*信號連接方式

  熱電阻是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業用熱電阻安裝在生產現場,與控制室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。

  目前熱電阻的引線主要有三種方式

  1二線制:在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制:這種引線方法很簡單,但由于連接導線必然存在引線電阻r,r大小與導線的材質和長度的因素有關,因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合

  2三線制:在熱電阻的根部的一端連接一根引線,另一端連接兩根引線的方式稱為三線制,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的消除引線電阻的影響,是工業過程控制中的*常用的引線電阻。

  (熱電阻采用三線制,將導線一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。)

  3四線制:在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉換成電壓信號U,再通過另兩根引線把U引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響,主要用于高精度的溫度檢測。

  表面熱電阻*安裝與注意事項

  (1)在管道上安裝時,熱電阻的感溫元件應與被測介質形成逆流, 至少應與被測介質流束方向成 90°角;同時,應將感溫元件總長的 1/2 放置在*高流速的位置,鉑電阻的護套管末端應越過流束中心線 50~70mm。

  (2)熱電阻的插入深度,一般不得小于套管外徑的 8~10 倍,一般不 應小于 300mm。如果插入深度不夠,外露部分又空氣流通,這樣所測 出的溫度比實際溫度低 3~4 度。

  (3)為避免液體、灰塵滲入電阻的接線盒內,應將其接線盒蓋朝上, 出線孔螺栓朝下,尤其是在有雨水濺灑的場所應特別注意。

  表面熱電阻*故障維修

  熱電阻的常見故障是熱電阻的短路和斷路。一般斷路更常見,這是因為熱電阻絲較細所致。斷路和短路是很容易判斷的,可用萬用表的"×1Ω"檔,如測得的阻值小于R0,則可能有短路的地方;若萬用表指示為無窮大,則可斷定電阻體已斷路。

  電阻體短路一般較易處理,只要不影響電阻絲的長短和粗細,找到短路處進行吹干,加強絕緣即可。

  電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值,為此更換新的電阻體為好,若采用焊接修理,焊后要校驗合格后才能使用。

  熱電阻常見故障及處理方法:

  (1) 顯示儀表示值比實際值低或示值不穩定 可能原因是保護管內有水或接線盒有金屬屑、灰塵等。 處理方法:倒出水或消除灰塵,并將潮濕部分進行干燥處理,提 高絕緣性能,但不能用火烤。

  (2) 顯示值無窮大 熱電阻或引出線斷路及接線端子松開等 。 處理方法:更換電阻體,或焊接及檸緊接線螺絲等

  (3) 阻值與溫度關系有變化

  鉑電阻絲材料受腐蝕變質 處理方法:更換熱電阻絲

  (4) 儀表顯示值為零或有負值 顯示儀表與熱電阻接線有錯,或熱電阻短路 處理方法:改正接線,或找出短路處,加強絕緣

  (5) 熱電阻斷路 用萬用電表檢查斷路部位,確定是連接導線還是熱電阻斷路,如 連接導線斷路應予修復或更換。

  (6) 熱電阻短路 如熱電阻本身短路,應予更換。用萬用表檢查,確定短路部位, 并修復或更換。 還有在安裝完畢后對潮濕環境中的熱電阻的蓋子要周期的打開, 并且要防止生銹,以免打不開無法維護。

  鉑電阻的修理及應注意的幾個問題 :

  (1)鉑絲很細(Φ0.03~0.07mm),修理是要耐心、細心。修理時把 鉑絲從保護套管中輕輕抽出(當鉑絲和陶罐內壁相碰時不能硬拉出 來)。

  (2)打開扎線后,先檢查云母片是否損壞,再查鉑絲引出與引出線 連接處是否良好,如鉑絲斷路,可用電壓 6~8V 的電弧焊焊好,如鉑 絲與銀引出線連接處斷開,可用電壓 10~14V 的電弧焊焊好。焊好后 予以檢查是否符合標準并剪去多余部分, 以免阻值變化造成測量準確 性。

  (3)電阻短路故障較少,容易處理,只要找出短路點,用耐熱絕緣 材料(云母片)加以襯墊絕緣,并用少許漆片膠固,即可修復。

  (4) 如果要改變電阻體長度,只準改變引出線的長度,不允許改變 電阻體部分長度。

  (5)經修理恢復后的鉑電阻,要經過檢定合格后才可再使用。

  表面熱電阻*相關概念

  溫度

  是國際單位制(SI)七個基本物理量之一,溫度一般占全部過程參數的50%左右。因而,準確測量和控制溫度,對于獲得正確的科研數據和保證產品質量都十分重要。例如,在金屬冶煉過程中,若溫度得以準確的測量和控制,則耗能可降低17%,生產率可提高18%,產量可增加15%。

  溫標

  Ø 概念:用來量度物體溫度高低的標尺,它是溫度的一種數值表示。

  Ø 一個溫標主要包括兩個方面的內容:一是給出溫度數值化的一套規則和方法,例如規定溫度的讀數起點(零點);二是給出溫度的測量單位。

  常用溫標

  q 經驗溫標,熱力學文標,國際實用溫標

  1)經驗溫標:借助于某一種物質的物理量與溫度變化的關系,用實驗方法或經驗公式所確定的溫標。如根據液體(水銀)受熱后體積膨脹的性質確定溫標。

  v 華氏溫標℉-----1714年,荷蘭人華倫海特把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0度,在標準大氣壓下水的冰點為32度,水的沸點為212度,中間劃分為180等分,每一等分為一華氏度。

  v 攝氏溫標℃:1742年,由瑞典攝爾休提出。標準大氣壓下水的冰點定位零度,把水的沸點定位100度。

  v ℉=(9/5) ℃+32。

  2)熱力學溫標(開爾文溫標) K:19世紀中葉,英國人開爾文提出,又稱開爾文溫標(符號K),或**溫標,它規定分子運動停止時的溫度為**零度。

  三溫標關系:

  Ø 水在標準大氣壓下結冰的溫度,即攝氏溫標0℃,或華氏溫標32℉,相當于熱力學溫標273.16K。

  Ø **零度0K,相當于攝氏-273.16度。

  目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。

  國際實用溫標是一個國際協議性溫標,它與熱力學溫標相接近,而且復現精度高,使用方便。目前國際通用的溫標是1975年第15屆國際權度大會通過的《1968年國際實用溫標-1975年修訂版》,記為:IPTS-68(REV-75)。但由于IPTS-68溫度存在一定的不捉,國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權予1989年會議通過1990年國際ITS-90,ITS-90溫標替代IPS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫標。

  溫度測量方法和分類:

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